供暖系统（五）：冷凝壁挂炉与常规壁挂炉的区别及应用 （上）

申国强

自2015年3月15日北京出台规定，从2015年5月1日起，能效标识二级的燃气壁挂炉列入禁止使用的设备。一级能效要求效率达到94%以上，这样一来市场上主流的常规壁挂炉基本很难达到要求，从而使得冷凝壁挂炉成为北京市场的几乎唯一选择。同样从2015年1月1号开始，在欧盟地区二级能效的燃气壁挂炉不允许再销售，所有分户供暖家庭将全部更新为更节能更环保的一级能效的冷凝式燃气壁挂炉。

那么为什么北京及欧盟会强制推行价格更加高昂的冷凝壁挂炉，而淘汰“物美价廉”的常规炉呢？这两种锅炉有什么不同，如何更好发挥各自优势？本文分两期为您一一道来。

什么是常规壁挂炉？

其实并没有一种产品叫“常规壁挂炉”，所谓常规壁挂炉就是壁挂炉，我们国家的标准叫法为“燃气壁挂式快速采暖热水器”，只是为了与后来出现的“冷凝式壁挂炉”进行区分，从而生造了一个说法“常规壁挂炉”。

作为一种历史悠久的采暖设备，常规壁挂炉是1961年威能发明的，同时具备采暖和生活热水功能的壁挂炉则是1967年威能发明的，沿用至今。

常规壁挂炉工作原理示意图如图1所示：燃气通过比例阀的调节进入燃烧室，同时外部的空气通过平衡式烟道也进入燃烧室，点火电极作用下燃气燃烧，产生1500℃高温的火焰和辐射热量通过上部的换热器加热水，这些热水作为采暖和生活热水之用;经过换热器之后的热空气还有190℃左右的温度，在平衡式排烟管排烟的过程中与管道外部的冷空气进行换热，部分热量被冷空气吸收，提高了进水燃烧室的空气温度，大概140℃左右的烟气排到外面。

从上面的描述可以看出，壁挂炉就是一种非常正常的燃烧设备，同时提供采暖和生活热水的功能，具有以下几个特点：

1.因为一部分热量是被高温烟气带走的，并不能完全被热水吸收，通常燃气效率能夠达到88%～92%。

2.这种燃气在空气中燃烧的方式叫大气式燃烧，燃烧器的特点决定了常规壁挂炉调节热功率的范围大概在30%-100%之间。用户分户采暖时，当末端采暖面积小的时候功率过大，系统工作不节能，同样在夏天洗浴时也可能导致水温过高或者不稳定。

3.燃烧后的高温排气中有大量化学反应产生的水蒸气，这些水蒸气一旦冷却到大气中的露点温度之下，一般在55℃左右，会凝结在换热器表面，产生结露现象，会腐蚀换热器，这些凝结水如果滴落在燃烧器上，也会导致燃烧器腐蚀和损坏，为保证不出现结露现象，供回水温度不可过低。

4.由于燃烧室、燃烧器、风机等配件的特点，传统壁挂炉的设计寿命一般是15年，实际使用根据水质及具体使用情况一般在8～10左右。

5.天然气燃烧后的烟气中含有大量的氮氧化合物，废气中有害物氮氧化物含量约为150-200mg/kWh、一氧化碳含量约为120-200mg/kWh，这些污染物会对大气造成不利的影响。

如果才能解决上述问题呢？用传统的方式已经无法解决，正是为了解决上述问题2000年左右才出现了冷凝壁挂炉。

什么是冷凝壁挂炉？

冷凝壁挂炉要能够将排烟温度降低到露点温度之下，一方面要求换热器吸热能力强，能够将水温降到更低，另一方面要确保冷凝水不能损坏换热器或者燃烧器，因此冷凝炉的结构和材质与普通壁挂炉有很大的差异。

从图2冷凝壁挂炉结构图可以看出，换热器和燃烧器与常规炉有很大的不同，燃烧室是一个密封的结构，燃烧器在中间位置，这样产生的冷凝水从下面流出，不会造成燃烧器的损坏;另一方面为了提高燃烧效率，图2中的冷凝炉采用“全预混燃烧”技术，就是在燃烧之前将燃气和需要的空气进行混合好，而不是让燃气在燃烧时与空气混合。这样当燃烧的时候会实现瞬间燃烧完成，表面只有蓝色的很短的火苗，几乎看不到普通燃气燃烧中的黄色火焰，热量更多以辐射热的形式传递出去。

在冷凝炉中，高效的换热结构能够将烟气冷却到40℃后进行排放，这样烟气中的水蒸气也会成为凝结水，并释放出汽化潜热被水带走，排烟温度低加上汽化潜热的吸收使得冷凝炉效率可达到109%，几乎比常规炉高20%。

为什么冷凝炉效率可以高于100%？

那么问题来了：按道理燃气炉最多将燃烧的热量全部利用起来也不过100%，怎么可能超出100%呢？这个问题是对的，一个燃烧设备不可能产生多余的热量，出现这种现象的原因在于我们对燃烧效率的标定方式造成的。

燃气壁挂锅炉效率的定义公式是：η=Q1/B×QDWy×100（%）。即，效率=锅炉有效利用热÷输入锅炉的热量的百分数。 式中，Q1表示锅炉有效热，B表示燃料的消耗量，QDWy表示燃料的应用基低位发热量，其中Q表示燃料的发热量。

燃料发热量有高位和低位之分，高位发热量是指燃料完全燃烧释放出的全部热量，此热量包括了燃料燃烧后所产生的水蒸汽所含有的热量;燃料低位发热量是高位发热量扣除燃料中的水分汽化潜热而得到。导致冷凝炉效率高于100%的原因是我们标定效率时是用天然气的低位发热值标定的，以天然气为例，其高位发热值约为低位发热值的111%，当以高位发热值做到效率接近100%的时候，低位发热值最高理论效率约111%，这也是冷凝炉效率高于100%的原因。

图4可以比较两者产生效率差异的原因。

冷凝炉的特点总结：

1.首先从上面的分析可以看出燃烧效率高是冷凝炉的突出优势，一般能够比普通壁挂炉高百分之十几，也就是产生同样热量省气省钱百分之十几。

2.氮氧化合物排放低也是冷凝炉能够大行其道的主要原因，氮氧化合物是天然气在燃烧过程中里面含氮元素的可燃气体被氧化而成的，其产生与燃烧的空气过剩系数（对应燃烧多余的氧气）有关，也与烟气高温有关，因此降低氮氧化合物含量首先要减少多余的空气，既降低燃烧的空气过剩系数。常规壁挂炉空气过剩系数一般在1.5～1.8之间，而全预混的冷凝炉空气过剩系数只有1.05～1.1之间，从而降低了氮氧化合物的含量;另一方面全预混方式燃烧的高温火焰极短甚至没有火焰，也减少了烟气在火焰中停留的时间，也进一步降低氮氧化合物的产生。最后由于冷凝炉排烟的时候已经将烟气中的水蒸气进行冷凝回收了，在冷凝的同时烟气中的氮氧化合物会溶解在水中，随着冷凝水排走而不是通过烟气排放到大气中;

3.输出功率调节范围大。由于采用精确控制的全预混方式，因此全预混壁挂炉的输出功率调节范围可以做到10%～100%（不同厂家型号有所差异），比常规壁挂炉更适合低负荷运行，这对提高系统低负荷稳定性和夏季洗浴水温的稳定都有好处。

4.冷凝炉更适合低温水的地暖系统使用。由于要将烟气温度降低到55℃以下才能冷凝，因此冷凝炉要求回水温度低于55℃，并且越低越好，同时低负荷的时候冷凝效果更好，因此低温水供热或者低负荷运行都是更适合冷凝炉的工况。

5.冷凝炉需要对比例阀进行调整。前面说到冷凝炉的空气过剩系数在1.05-1.1之间，这是一个非常精确的控制范围，但是這个出厂预设的数值在实际使用时由于各地天然气成分的不同，甚至大气压的不同都会导致燃烧工况的改变，如果燃烧不充分会造成积碳现象，严重影响到工作稳定性和效率。

6.冷凝炉对燃气纯净度、燃气压力、水质、水中空气等因素比较敏感，因此后期维护工作要求比常规锅炉更高。

由于以上特点使得冷凝炉在欧洲成为强制标配，同时北京也为了提高空气品质而强制推行，但是从中国整体壁挂炉销量来看，冷凝炉占比还是很少的，2018年总销量只有二十多万台，整体壁挂炉里面占比不到10%。

是什么原因导致冷凝炉的推广受到影响呢？

成本当然是一个重要原因，冷凝炉作为一个历史只有十来年的产品，还有有一定的技术门槛，不像常规炉那么成熟，同时技术要求更高，产品成本也更高，真正能够比较全面掌握冷凝炉技术的厂家相对较少，市场价格远远没有做到烂的地步，对于很多用户来说冷凝炉还是有些昂贵了。

另一方面欧洲大行其道的冷凝炉在中国也有水土不服的问题，因为天然气品质不统一，杂质相对较高，水质不好，安装施工不到位，调试及后期维护也麻烦等等原因，导致冷凝炉使用中故障率高于普通壁挂炉，厂家售后维护更加麻烦。

当然中国人的创造力是无穷的，针对上述问题国内有厂家研发了一种新的“大气式冷凝炉”，这个产品的出现让“真假冷凝炉”的口水仗打到今天，具体细节下期分解。

（未完待续）

（作者单位：郑州博容节能设备有限公司）

【文献标识码】D

【文章编号】1671-3362（2020）06-0072-03